探地雷達(dá)的時域仿真方法研究.pdf

1、隨著電磁波應(yīng)用在現(xiàn)代科技中的飛速發(fā)展，電磁探測地下目標(biāo)成為電磁波應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。由于地球表層與人類生活密切相關(guān)，電磁波在地下媒質(zhì)中的傳播問題比自由空間更復(fù)雜，因而探地雷達(dá)（GPR）以其高分辨率和高效率等優(yōu)勢成為近些年來一種比較流行的工程和地球物理探測方法。雖然國外研究比較早，技術(shù)先進(jìn)，但國內(nèi)各科研單位近年來在探地雷達(dá)研究領(lǐng)域也取得了很大的進(jìn)步。利用數(shù)值模型來模擬復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)和媒質(zhì)特性是探地雷達(dá)理論研究的主要內(nèi)容之一。由于地下結(jié)構(gòu)和

2、媒質(zhì)特性較為復(fù)雜，對數(shù)值模擬的穩(wěn)定性與精確度的要求較高，所以有許多新的課題急需研究解決。正因如此，論文在以下幾個方面展開研究：
　　 首先，介紹了探地雷達(dá)的原理以及研究意義，并對近些年探地雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀和研究方法做了簡單介紹。
　　 其次，通過系統(tǒng)地介紹傳統(tǒng)FDTD方法和高階FDTD方法的基本理論，對兩種方法做細(xì)致地比較；為高階FDTD方法的引入提供了很好理論依據(jù)和技術(shù)支持。結(jié)合GPR脈沖傳播的特點，引入復(fù)坐標(biāo)延伸變量和

3、遞歸卷積技術(shù)的完全匹配層吸收邊界條件，對算法中的總場邊界條件進(jìn)行了改進(jìn)，討論并編程實現(xiàn)了卷積吸收邊界條件(CPML)。
　　 最后，利用高階FDTD方法和卷積吸收邊界條件來模擬了基于表面反射探地雷達(dá)和鉆孔井測探地雷達(dá)的實例。計算結(jié)果表明：本文所采用的方法能精確和穩(wěn)定的觀察到分層介質(zhì)中的不同電特性參數(shù)對電磁波傳播的影響。
　　 總言之，本文所采用的一系列改進(jìn)的數(shù)值方法，不但可以更加精確地觀察到電磁波在地下分層介質(zhì)中傳播的雷